1174 计算机应用2005年

够互联为多跳Adhoc网络的关键。桥节点可以是主/从桥(M/SBridge)或从/从桥(S/Sbridge),同一时刻桥节点只能在一个微微网中处于活动状态。一个典型的散射网拓扑结构如图1所示。图1中的有向链路表示节点之间已经建立了主-从关系。一个有k个出度(k\1)的节点是一个微微网中的主节点,共有k个从节点。一个有m个入度(m\1)的节点是m个微微网中从节点,各个微微网通过桥节点相连。图1中的无向链路仅仅表示两个节点理物上处于彼此的通信范围内,但并没有主-从关系,不能直接通信。

同一组蓝牙设备采用不同的蓝牙Adhoc网络形成算法,所形成的网络拓扑结构可能各不相同,从图论上来说,n个蓝牙设备组网时,可以采用的拓扑结构共有O(2n(n-1)/2)种[7]。常见的拓扑结构包括树型(如Bluetree[10]、TSF[4]、SHAPER[8])、环型(如BlueRing[16])和网状型(BTCP[9]、BlueStars[13])等。不同的网络拓扑结构对应的调度算法、路由协议、吞吐量及可靠性等性能各不相同,很难给出一个统一的评价标准。例如,树型拓扑结构在路由和调度等方面比较简单,不存在路由环路问题,但任何一对节点之间只存在一条路径,鲁棒性较差。网状拓扑结构在一对节点间存在多条路径,系统健壮性很好,但相应的路由和调度算法比较复杂,需要维护的链路数目较多。

真得到,常用的仿真软件有Ns2、OPNet、Glomosim、OMNet++和Qualnet等。

不同的蓝牙Adhoc网络形成算法都有自己特定的应用场景和所关注的性能指标,例如更高的网络吞吐量、更低的时延、更小的能量消耗等。评价蓝牙Adhoc网络形成协议的主要性能指标包括:完全的网络连接性,即网络中任意两个节点之间至少可通过一条单跳或多跳路径彼此连接;散射网的形成时延;桥节点的度,即桥节点所连接的微微网数目。由于桥节点在不同微微网之间转换角色时,将产生很大开销,从而降低网络性能,因此,桥节点的度是评价蓝牙Adhoc网络形成协议中重要的一个性能指标。当散射网中任何一个微微网的从设备数目多于7个,则需要在节点间进行休眠(park)和唤醒(unpark)操作,这将可能会导致系统吞吐量下降,因此,每个微微网中平均从节点数目也是衡量蓝牙Adhoc网络性能的一个重要指标。多跳特性,即不要求所有的节点都在彼此相邻的范围内,相对于要求所有节点都位于彼此相邻的传输范围内的单跳特性,其通用性更好;由于蓝牙技术主要用于组建一个移动性的Adhoc网络,拓扑结构是动态变化的。网络自愈性是评价网络形成协议在动态环境下的有效性的重要指标,是指当节点由于移动、电能耗尽等原因导致出现多个分区时,是否能够自动适应动态的拓扑变化,实现分区自愈,保证网络的连接性。目前已有的大部分蓝牙Adhoc网络形成协议都没有考虑自愈性。此外,评价蓝牙Adhoc网络形成协议性能的指标还包括散射网中平均微微网数目、网络总的最大带宽、最小平均路径长度、系统吞吐量、最大平均节点可用性,以及网络寿命等。

一般而言,各个性能指标是相互矛盾的,很难同时满足,某些性能的提高可能需要牺牲其他性能,因此设计协议时需要折中考虑各种因素。现有的文献通过仿真得到了一些结论,例如:在微微网的密度较大情况,如50~100个微微网重叠时,微微网之间的干扰比较明显[5];采用S/S桥节点的蓝牙散射网比采用M/S桥节点的散射网具有更高的系统吞吐量和更低的平均访问时延[17],这主要是因为M/S桥节点作为从节点参与另一个微微网通信时,其作为主节点的那个微微网内部的通信就停止了。

表1对目前主要的蓝牙散射网形成协议的部分性能指标进行了总结和比较。其中,MSM表示表示网状拓扑,桥节点为M/S桥;SSM表示网状拓扑,桥节点为S/S桥;MSR表示环状拓扑,桥节点为M/S桥。2.2 TSF协议及其性能仿真

MIT实验室的GodfreyTan等人提出的TSF协议[4]能够

2 蓝牙Adhoc网络形成协议的性能评价

2.1 蓝牙Adhoc网形成协议的性能评价方法与指标

目前,对Adhoc网络系统性能评价的方法主要有两种,一种是测试法(measurement),该方法主要用于真实的系统或系统原型中。例如瑞典Uppsala大学APE测试环境,可以同时进行多达30个以上节点的测试。由于该方法需要构建试验床(Testbed),价格昂贵,且局限于特定的场景和移动模型,而且由于协议的可扩展性、对用户移动模式和速度的敏感度等都很难在真实的测试环境中实现,所以该方法并没有获得广泛应用,只有少量文献涉及到实际Adhoc网络试验床的测试研究。测试方法最大的优点是可以发现采用仿真建模手段无法发现的一些问题,例如,通过Uppsala大学APE测试环境发现了Adhoc网络中存在/通信灰色地带(CommunicationGrayZone)0问题[3],而采用仿真方法无法发现该问题。另一种方法是通过理论或仿真模型来评价系统性能,可以通过改变系统参数和场景来研究系统性能。Adhoc网络理论模型的研究目前还处在初级阶段,对网络性能的评价通常还不够详细。仿真建模方法比较成熟和灵活,得到了广泛应用,目前对Adhoc网络系统性能指标的评价基本都是采用计算机仿